Sodium Copper Chlorophyllin은 안전한가?

엽록소는 천연색소로서 안전하고 일정한 생리기능을 갖고있다.현대의 연구에 따르면 엽록소는 식품이나 화장품의 천연색소로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 항돌연변이, 콜레스테롤 저하 및 변비 경감 효과 [1]와 같은 중요한 생리 활성이 있다.또한 엽록소의 분자 구조가 중심 이온이라는 차이만 있을 뿐 인간의 헤모글로빈과 매우 유사하기 때문에 [2] 빈혈 치료에도 엽록소가 사용된다.

게다가,엽록소또한 정상 적혈구의 성장을 촉진 할 수 있으며, 신체를 증가 's 산소 함량, 그리고 촉진 세포 분열, 그럼으로써 body's 대사 [3].그러나 엽록소는 물에 용해되지 않고 빛과 특정온도조건에서는 쉽게 분해되여 응용에 제한을 받는다.엽록소 중심의 마그네슘이온을 구리, 철, 아연 등의 금속이온으로 치환하여 형성된 생성물이 엽록소보다 안정적이고 수용성이며, 여전히 엽록소와 비슷한 색과 생리적 기능을 가지고 있다는 연구결과가 있다.따라서 엽록소 유도체에 대한 연구가 많이 이루어져 왔으며, 마그네슘 이온을 구리 이온으로 치환하여 구리 엽록소나트륨 염을 만드는 방법이 가장 널리 사용되는 방법이다 [2].

본 논문은 나트륨 구리 엽록소 린의 구조 및 특성에 대한 개요를 제공하여 제조 공정에 초점을 맞춘다.또한 문제점 및 가능한 개선점을 요약하여 추후 연구 및 관련 제품 개발을 위한 이론적 기초를 제공하고 있다.

나트륨 구리 엽록소의 구조 및 특성 1

나트륨 구리 엽록소의 구조 1.1

엽록소린 구리 나트륨 소금의 분자식은 C34 H31 O6 N4 CuNa3와 C34 H30 O5 N4 CuNa2 이며, 상대 분자 질량은 약 724.17과 684.16이다.엽록소린 구리 나트륨 소금은 일련의 반응을 통해 엽록소로부터 제조 된 제품입니다.엽록소는 메틸렌기 (= C-)에 의해 서로 연결된 4개의 피롤고리를 함유하여 안정한 공액계를 형성한다.마그네슘 이온이 공중합계의 중심에 결합하고, 에스테르화 카르복실기 2개가 공중합계의 측쇄에 붙어 메탄올, 피톨 [4]과 에스테르화된다.Sodium copper chlorophyllin은 엽록소를 saponification으로 phytol과 methanol을 제거하고, Mg2+를 Cu2+로 치환한 산물이다.엽록필린과 나트륨 구리 엽록필린의 분자 구조는 그림 1에 표시되어 있습니다.

나트륨 구리 엽록소의 성질 1.2

Sodium copper chlorophyllin은 물에 쉽게 용해된다, 알코올에 약간 녹고, 기름, 지방 및 석유 에테르에는 녹지 않습니다.색상은 짙은 녹색이며, 파우더 형태로 되어 있다.그것의 수용액은 투명한 청록색이다.Ca2+ 가 있으면 침전된다.UV-Vis 분광법으로 스캔한 결과 파장 범위 405 nm ± 3 nm와 630 nm ± 3 nm에서 최대 흡수 피크가 있는 것으로 나타났다.

나트륨 구리 엽록소 린의 기능 응용 프로그램 2

2.1 식품 응용 분야

Sodium copper chlorophyllin은 젤리, 통조림 채소, 캔디, 음료, 과일 및 야채 주스 음료, 구운 음식, 준비된 와인 등과 같은 제품에 사용할 수 있도록 승인되어 있다 [5].

2.2의학적 적용

연구에 따르면 sodium copper chlorophyllin은 간을 보호하고 촉진하는 효과가 있으며, 황달 및 기타 질병을 치료할 수도 있다 [6];게다가 나트륨 구리 클로로필린은 조혈 기능을 향상시키고 헤모글로빈의 생성을 촉진하며 빈혈 등의 증상을 치료할 수 있다 [7];sodium copper chlorophyllin은 구강 미생물의 조절, 충치 및 치주염 예방, 구강 및 호흡기의 구취 제거 [8] 등의 효과가 있다.그 외에도 sodium copper chlorophyllin은 습진, 동상, 급성 췌장염 및 기타 질병 [9]을 치료하는데도 사용된다.

2.3 염색용도

나트륨 구리 클로로필 린은 염색에 사용할 수 있으며 환경 친화적이고 에너지 절약형 염료입니다.이를 염색에 활용하면 바이오매스 자원을 충분히 활용할 수 있을 뿐만 아니라 생태와 환경보호를 추구하는 현재의 컨셉에도 부합한다.왕나, 양루이링 등 [10-11]은 연구를 통해 sodium copper chlorophyllin 염료가 산성 조건에서 양모, 실크, 나일론을 염색하는데 적합하며 sodium copper chlorophyllin으로 염색한 후 이들 재료의 색조도 level 3 이상에 달할 수 있음을 발견하였다.

2.4기타 응용 분야

루안 (Ruan) [12]은 엽록소 필린 구리 나트륨 염 전극을 사용한 전고체 상태 슈퍼커패시터가 휨성과 유연성이 우수하다는 것을 발견하였다.이는 또한 클로로필린 구리 나트륨 소금을 전고체 상태의 슈퍼커패시터에 적용할 수 있는 가능성을 보여준다.

sodium copper chlorophyllin의 제조 과정에 대한 연구 3

나트륨 구리 엽록소 필린의 준비에는 엽록소의 추출과 엽록소를 사용하여 나트륨 구리 엽록소를 준비하는 것이 포함됩니다.

엽록소 추출 3.1

연구에 따르면 엽록소를 추출하는 방법은 주로 용매 추출, 초음파 보조 추출, 초임계 유체 추출, 기타 방법 [13] 등이 있다.가장 일반적으로 사용되는 방법은 용매 추출법이다.이 방법은 닮으면 닮는다 (like melting)는 원리에 바탕을 두고 있다.추출용매와 추출된 물질의 화학적 성질이 유사할수록 용매에서 추출물의 용해도가 크고 추출이 용이하다.엽록소는 친수성인 포르피린 (porphyrin) 군과 지방성인 엽로필롤 (chlorophyllol) 구조를 가지고 있다 [13].

지방성 엽록소린에는 20개의 탄소원자가 있는데 탄소사슬이 길수록 그 극성이 낮고 지방성이 강하고 친수성이 약한가를 결정한다.반대로 극성 porphyrin 구조는 그 극성을 높여준다.따라서 엽록필린을 추출하는데 가장 좋은 용매는 아세톤, 에탄올, 에테르 등과 같은 적당히 극성을 띤 유기용매이다.흔합 용매의 극성은 아래 표 1에 나타내었다.

양준 [14]은 실험적으로 100% 무수에탄올, 100% 아세톤 등의 10개 이상의 용매가 엽록소의 추출율에 미치는 영향을 비교하였다.그 결과 가장 우수한 추출용매는 아세톤과 무수에탄올 (1:2, v/v)의 혼합물로 질량분율이 85% 임을 알 수 있었다.혼합용매는 단일용매보다 추출효과가 우수하여 시너지 추출효과로 간주할 수 있다.또한 혼합용매의 특성이 추출물과 더 유사하여 추출율이 높아진다고 생각할 수 있다.아세톤과 기타 용매의 혼합용액은 엽록소 추출율이 높지만 아세톤은 섬광점이 낮고 폭발성이 강하고 휘발성이 강하므로 산업 분야에서 대규모로 사용하기에는 위험하다.따라서 아세톤을 엽록소를 추출하는 용매로 안전성이 높고 독성이 낮은 시약으로 대체할 필요가 있다.에탄올은 휘발성이 낮고 독성이 적어 안전성이 높으며, 엽록소에 대한 추출률이 높아 산업용 엽록소 추출에 가장 적합한 시약이다.

엽록소는 엽록체의 단백질과 지질 이중층 사이에 위치한다.친수성의 porphyrin group은 단백질과 연결되어 있고, 소수성의 chlorophyllol은 지질층과 연결되어 있다.엽록소를 추출할 때 소량의 물을 넣으면 단백질로부터 엽록소의 친수기를 분리하는데 유리하므로 엽록소를 쉽게 추출할수 있다.방자양 [15]은 에탄올과 물 농도 비가 4:1일 때 엽록소의 최대 추출율은 12.8 g/kg 이었다.100% 에탄올을 사용하였을 때 추출율이 감소하였다.

초임계 유체 추출 기술은 낮은 작동 온도, 높은 분리 효율, 높은 용매 회수율을 갖는 새로운 분리 기술이다.근래에는 식물과 한약재의 활성 성분을 추출하는 데 사용되고 있다.르페브르 (Lefebvre) [16]는 초임계 유체 추출을 통해 이산화탄소에 극성 수정제 (polar modifier)를 30% 첨가하여 엽록소를 얻을 수 있음을 발견하였다.

초음파를 이용한 추출 기술도 분리와 추출에 자주 쓰인다.초음파 진동의 cavitation 효과는 세포용해를 촉진시켜 용매추출을 용이하게 할 수 있다.최 [17]는 초음파보조추출법을 이용한 엽록소의 추출율이 유기용매를 이용한 엽록소보다 높게 나타났다.

나트륨 구리 엽록소 린의 준비 3.2

나트륨 구리 엽록소 필린의 제조는 saponification, 산성화, 구리 치환 및 소금 형성의 네 가지 반응 단계를 포함한다.또한 원료의 엽록소 함량이 극히 낮기 때문에 추출 후 많은 불순물을 함유하게 된다.따라서, 이러한 필요한 반응 단계 외에 정제 및 불순물 제거 단계도 추가됩니다.사실, 기존 공정은 불완전한 saponification, 구리 대체 중"녹색 손실", 불량 정화 결과, 낮은 제품 품질 등 특정 단점이 있습니다.따라서, 더 많은 개선이 필요하다.

구리 나트륨 엽록소 필린의 원리 (1) Saponification

클로로필린 분자에 있는 두 개의 에스테르 그룹은 수산화나트륨과 반응하여 saponification 반응을 일으켜 피톨과 메탄올을 제거하여 수용성 클로로필린 나트륨 염을 형성한다 (클로로필린 a를 예로 사용하여 그림 2 참조).

(2) 산성 화

산성 환경에서는 수소이온이 엽록소염에 있는 마그네슘과 나트륨이온을 대체하여 엽록산과 마그네슘 및 황산나트륨을 형성한다 (그림 3 참조).

(3) 구리 세대

산성매질에서 일정량의 쿠소 4 용액을 넣으면 엽록소 분자의 수소이온이 구리이온으로 치환되어 진한 녹색의 구리 엽록필린을 형성한다 (그림 4 참조).

(4) 소금 형성

클로로필린 구리산을 용해시키고 수산화나트륨 용액과 반응시켜 수용성 구리 나트륨 클로로필린 소금을 얻는다 (그림 5 참조).

준비과정의 문제점 및 개선점 3.2.2

엽록소의 saponification 정도는 구리 치환 반응의 진행에 영향을줄뿐만 아니라 나트륨 구리 엽록소 염의 수율, 색상 및 질감에도 영향을 미친다.일부 연구에서는 pH 가 석화 반응에 미치는 영향을 탐구하여 최적의 석화 조건은 pH = 11 또는 12 라는 결론을 내렸다 [3, 18-21].그러나 시중의 대부분의 pH 미터와 pH 테스트 스트립은 수용액에서만 사용하기에 적합하며 엽록소에 대한 추출 용매는 에탄올과 아세톤과 같은 고농도의 유기 시약입니다.이러한 조건에서 측정된 pH 값은 특정 편차의 영향을 받으며 안정적이지 못하다.따라서 석화 반응은 pH 값만이 아니라 실제 첨가된 NaOH의 양을 기준으로 탐색해야 한다.

엽록소는 지용성 물질로 석화 전에 석유 에테르에 녹을 수 있다.saponification 후에는 수용성 엽록소듐이 형성되며 석유 에테르에는 용해되지 않는다.따라서 석출반응 후 추출을 위해 석유 에테르를 첨가하고, 석출반응의 완전성은 석유 에테르층의 층격 및 상태에 의해 예측할 수 있다.두 상이 명확하게 분리되고 에테르층이 노란색 [21] 일 때 반응이 완료된다.

구리 엽록필린나트륨을 산성화할 때 많은 연구들이 엽록필린나트륨 용액에 일정 농도의 황산을 첨가하여 pH를 약 2.5로 조절한 후 일정 시간 반응시킨 후 황산구리를 첨가한다 [22~24].실제로 pH를 2.5로 직접 조절하면 엽록소의 나트륨 염의 포르피린 구조가 파괴될 수 있으며 이로 인해 구리 엽록소가 녹색을 잃게 되고 더 나아가 구리 엽록소 나트륨의 품질에 영향을 미친다.산성화의 목적은 구리를 더 쉽고 편리하게 대체하기 위한 것입니다.산성화를 하면 황산구리와 수산화나트륨이 반응하여 수산화구리와 같은 다른 물질을 형성하는 것도 피할 수 있다.따라서 구리 대체물을 산성화할 때는 먼저 pH를 중성으로 조절하고, 적절한 양의 황산구리를 첨가하여 반응시킨 다음 용액을 2.5로 조절한다.이것은 너무 산성 환경에 의해 발생 될 수있는 엽록소의 나트륨 염에서 포르피린 구조의 파괴를 방지 할 수 있습니다.

엽록소는 원료에 매우 적은 양으로 존재하기 때문에 추출 후 불순물이 상대적으로 많으므로 정제 단계가 필요하다.sodium copper chlorophyllin을 제조할 때 saponification 반응을 수행하여 sodium chlorophyllin을 형성한 후 용매 추출을 위해 석유 에테르에 첨가한다.더 높은 제품 품질 [25]을 얻기 위해 지방, 카로틴, 루테인, 피톨 등의 지용성 물질을 제거하는 것이 목적이다.용매 추출시 2 상 용매 내 성분들의 분할계수의 차이가 클수록 분리효과가 좋아지고 불순물 제거율이 높아진다.

전통적인 공정은 에탄올에서 saponification 반응을 수행하여 sodium chlorophyllin 소금을 형성 한 다음 석유 에테르를 사용하여 추출하고 불순물을 제거하는 것입니다.실제로 에탄올-석유에테르 2 상계를 이용한 용매추출의 효과는 저조한데, 일부 지방성 불순물은 에탄올에도 용해도가 높아 불순물 제거 효과가 만족스럽지 못하기 때문이다.에탄올을 회수하면 엽록소의 나트륨 소금이 물에만 녹고, 물과 석유 에테르와의 극성 차이가 크므로 더 좋은 오염 제거 효과를 얻을 수 있다.또한 단일 용매로 여러 번 추출해도 용매에 잘 녹는 소량의 불순물만 제거할 수 있다.하지만 다양한 극성의 시약으로 여러 가지 추출을 하면 다양한 불순물을 분리, 추출할 수 있기 때문에 오염 제거 효과를 높일 수 있다.따라서 용매 추출에는 에틸아세테이트, 부탄올, 클로로포름, 석유에테르 등의 극성이 다른 3~4개의 용매가 사용된다.수용액 엽록소나트륨 용액은 저극성에서 고극성으로 단계적으로 추출하여 극성이 다른 불순물을 제거한다.

또한 구리 치환 반응을 일으켜 구리 엽록소를 형성한 후 물, 저농도 알코올, 석유 에테르 등으로 세척하여 불순물을 제거한다.물로 세척하면 나트륨 이온이나 구리 이온과 같은 수용성 불순물을 과잉 제거할 수 있다.저농도 알코올로 세척하면 saponified 극성 물질을 제거할 수 있고, 석유 에테르로 세척하면 지용성 불순물을 제거할 수 있습니다.마지막으로, 조제한 구리 엽록소를 세척하여 금속 광택이 있는 짙은 녹색의 느슨하고 세밀하며 고품질 제품을 형성합니다.이러한 단계는 고품질 제품을 얻기 위해 불순물을 정화하고 제거하는 데에도 사용됩니다.

4 요약 및 전망

현재 식품안전에 대한 의식이 높아짐에 따라 많은 합성색소는 금지되였고 안전한 천연제품이 더욱 인기를 끌고있어 천연색소시장의 발전에 좋은 기회를 제공하고있다.나트륨 구리 클로로필린은 안전한 천연 색소로서 식품에 착색제로 첨가 될 수있을뿐만 아니라 좋은 효과와 의학에서의 응용도 가능합니다.그러나 원료 중 엽록소 함량이 낮기 때문에 추출 후 많은 불순물이 발생하며 기존 준비 과정에도 특정 결함이 있어 시중에서 판매되는 나트륨 구리 엽록소린 제품의 대부분이 품질이 낮습니다.따라서 나트륨 구리 엽록소 필린의 준비 공정 및 정제 방법을 다양한 관점에서 개선하는 것이 시급합니다.

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